紅外輻射加熱在材料干燥中的應(yīng)用

紅外輻射加熱的原理

紅外輻射習(xí)慣稱為紅外線或紅外（或英文簡(jiǎn)稱IR），也可稱為熱輻射，是指波長(zhǎng)范圍在0.7μm到80μm之間的電磁波。

紅外線可用于加熱材料，基本原理是：構(gòu)成物質(zhì)的基本粒子包括原子、分子等，都在永不停歇的進(jìn)行振動(dòng)或轉(zhuǎn)動(dòng)，這些運(yùn)動(dòng)狀態(tài)具有不同的能級(jí)結(jié)構(gòu)（包括電子能級(jí)、振動(dòng)能級(jí)、轉(zhuǎn)動(dòng)能級(jí)等），且運(yùn)動(dòng)狀態(tài)不是固定不變的，當(dāng)粒子遇到與其狀態(tài)匹配的某個(gè)頻率紅外輻射時(shí)，會(huì)發(fā)生與共振相似的情況，分子可實(shí)現(xiàn)能級(jí)的躍遷，內(nèi)能增加，同時(shí)物料內(nèi)部分子之間會(huì)劇烈碰撞，發(fā)生自熱現(xiàn)象，宏觀表現(xiàn)在材料吸收到紅外線后溫度升高。

紅外輻射加熱干燥的原理

紅外線根據(jù)波長(zhǎng)范圍不同，可分為短波紅外線（波長(zhǎng)小于1.5μm）、中波紅外線（波長(zhǎng)介于1.5μm和3μm之間）和長(zhǎng)波紅外線（波長(zhǎng)大于3μm），其中短波紅外線具有較強(qiáng)的穿透性，而中長(zhǎng)波紅外線穿透能力較弱。而大部分的濕物料及水分等物質(zhì)在中長(zhǎng)波紅外區(qū)對(duì)紅外線有很強(qiáng)的吸收帶，當(dāng)這些物質(zhì)吸收中長(zhǎng)波紅外線后，分子自熱、振動(dòng)并掙脫原來(lái)物質(zhì)對(duì)它的束縛，即達(dá)到物質(zhì)干燥的目的。因此工業(yè)中常利用中長(zhǎng)波紅外線加熱干燥材料。

由于紅外線具有一定穿透性，會(huì)在材料內(nèi)部造成熱量堆積，同時(shí)，被干燥的材料表面水分不斷的蒸發(fā)并帶走熱量，使得材料表面的溫度下降，這樣直接導(dǎo)致材料內(nèi)部溫度高于表面溫度，使得材料的熱擴(kuò)散過(guò)程由內(nèi)部向外部進(jìn)行。在材料內(nèi)部，水分的轉(zhuǎn)移總是從水分含量較高的地方向低水分含量的位置轉(zhuǎn)移，因此材料內(nèi)部的水分轉(zhuǎn)移與熱量轉(zhuǎn)移是相同方向的，利于水分的干燥蒸發(fā)。

紅外輻射加熱干燥的應(yīng)用

在現(xiàn)代工業(yè)、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，常常需要對(duì)工件、物料進(jìn)行加熱干燥處理，常用的方法包括自然干燥（晾曬），熱空氣烘干，紅外線干燥，冷凍干燥，真空干燥等等，不同的方法有各自的優(yōu)缺點(diǎn)，本文重點(diǎn)介紹紅外線干燥。

紅外線干燥的應(yīng)用非常廣泛，常見(jiàn)的行業(yè)包括：

涂布工業(yè)：家用電器、交通工具等產(chǎn)品的零部件，在表面涂裝過(guò)程中的涂料干燥固化，如汽車漆的烘干，包裝容器表層防腐涂料的烘干等。

制革制鞋業(yè)：皮革烘干，膠膜活化、烘干等。

農(nóng)副業(yè)：谷物、果蔬的烘干，藥材烘干，茶葉烘干等。

造紙業(yè)：特種紙張的涂敷、上色、膠化、上光、印花墻紙等等的干燥，瓦楞紙供干等。

木材工業(yè)：木材的干燥，木制家具的涂飾供烤，膠合板單板干燥等。

在各種應(yīng)用中，常用的干燥設(shè)備是紅外線加熱爐（或稱高溫隧道爐、固化爐等，叫法不一），設(shè)備核心干燥部分都裝配有紅外線輻射器，根據(jù)紅外線輻射器的熱源不同，又可分為天然氣烘干爐、電紅外烘干爐等。

紅外輻射加熱干燥在應(yīng)用中主要有以下特點(diǎn)：

加熱效率高：紅外線輻射器的材質(zhì)一般選用熱輻射率接近黑體的物質(zhì)（如陶瓷），可最大限度將熱能轉(zhuǎn)化為輻射能用于加熱材料。而且，紅外輻射是定向輻射，可直接作用到受熱材料。

熱量損失小：紅外輻射加熱不需要介質(zhì)，可從熱源直達(dá)受熱材料表面，無(wú)過(guò)多的中間轉(zhuǎn)化環(huán)節(jié)，這一點(diǎn)其他加熱方式難以辦到，因此熱損失小。同時(shí)，選擇合適的輻射加熱器，配套合理的遮斷機(jī)構(gòu)（如鏡面金屬反射罩），可實(shí)現(xiàn)對(duì)紅外線的反射，進(jìn)一步提高能量利用率，減少熱損失。

易于精準(zhǔn)控制：現(xiàn)代化工業(yè)中使用的輻射源，如德國(guó)Elstein 陶瓷紅外線輻射器，配套適當(dāng)?shù)臏乜仄?、溫控線路，可實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)控溫（+/-1℃），且控制過(guò)程無(wú)需過(guò)度依賴工人經(jīng)驗(yàn)，只需通過(guò)PLC或溫控儀即可一鍵設(shè)置。

材料不易變性：中長(zhǎng)波紅外線的光子能量級(jí)比起紫外線、可見(jiàn)光線都要小，因此使用中只會(huì)產(chǎn)生熱效應(yīng)，而不易引起物質(zhì)的化學(xué)變化。而且，紅外輻射加熱的效率較高，可使加熱時(shí)間大大縮短，這也使得材料成份受熱分解的可能性減少。

清潔無(wú)污染：對(duì)比熱風(fēng)干燥，紅外輻射加熱過(guò)程中不會(huì)揚(yáng)塵，不用擔(dān)心設(shè)備空間積塵造成的材料污染問(wèn)題。

設(shè)備建造簡(jiǎn)便：紅外線輻射元件結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，控制方便，烘道設(shè)計(jì)方便、便于施工安裝。

當(dāng)然，紅外輻射加熱在干燥中的應(yīng)用，也有其局限性。我們通過(guò)對(duì)紅外干燥原理的分析，很容易發(fā)現(xiàn)，紅外干燥在面對(duì)較厚的材料或異形材料時(shí)，其干燥效率可能比較糟糕。為了解決這一問(wèn)題，設(shè)備廠家常將紅外干燥技術(shù)與其它干燥技術(shù)相互結(jié)合，采用混合干燥的方式，實(shí)現(xiàn)不同干燥方法的優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，取得更好的干燥效果。比如，在烘干隧道爐中，采用紅外干燥與熱風(fēng)干燥相結(jié)合的方式，可提升干燥效果：紅外輻射可迅速提升加熱效率，熱風(fēng)可把熱量帶入材料深處并帶走蒸發(fā)出來(lái)的水分。這里我們不再展開(kāi)。